Snímače V
description
Transcript of Snímače V
![Page 1: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/1.jpg)
Snímače V
Střední odborná škola Otrokovice
www.zlinskedumy.cz
Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je ing. František KociánDostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR.
Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.
![Page 2: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/2.jpg)
Charakteristika DUMNázev školy a adresa Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, 76502 Otrokovice
Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0445 /7
Autor Ing. František Kocián
Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-Am/2-EL-3/18
Název DUM Snímače VStupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání
Kód oboru RVP 26-41-L/52
Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika
Vyučovací předmět Automatizace
Druh učebního materiálu Výukový materiál
Cílová skupina Žák, 19 – 20 let
Anotace
Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem, náplň: Snímače hladiny, ultrazvukový snímač, radarový snímač, ionizační snímač, reflektometrický snímač hladinysnímače hladiny s radioaktivním zářičem
Vybavení, pomůcky Dataprojektor
Klíčová slova Snímače hladiny, ultrazvukový snímač, radarový snímač , ionizační snímač, reflektometrický snímač hladiny, snímač hladiny s radioaktivním zářičem
Datum 29. 8. 2013
![Page 3: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/3.jpg)
Náplň výuky
Snímače hladinyUltrazvukový snímačRadarový snímač Ionizační snímačReflektometrický snímač hladinySnímače hladiny s radioaktivním zářičem
Snímače V
![Page 4: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/4.jpg)
Ultrazvukový snímač hladinySkládají se z vysílače ultrazvuku, přijímacího měniče vysokofrekvenčních paprsků a vyhodnocovací elektroniky vesměs na úrovni inteligentních snímačů. Odrazový ultrazvukový hladinoměr měřící kontinuálním způsobem je založen na měření časového intervalu mezi vysláním impulzu ultrazvukového vlnění a přijetím tzv. odraženého echa, tj. impulzu po odrazu od hladiny. Vysílač s úzkou vyzařovací charakteristikou i přijímač jsou umístěny buď nad hladinou nebo na dně nádoby. Vzdálenost L měřené hladiny od snímače (vysílač i přijímač v jednom pouzdře) lze určit z doby průchodu „t“ ultrazvukové vlny při známé rychlosti šíření ultrazvuku „c“ vrstvou měřené kapaliny, popř. prostředím nad hladinou kapaliny nebo sypké látky o výšce „h“.
![Page 5: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/5.jpg)
Ultrazvukový snímač hladinyOvlivňující veličiny: hustota prostředí, teplota přítomnost míchadla, pěna na hladině
Obr. 1 : Princip ultrazvukového snímač e
Obr. 2: Cesta ultrazvukového signálu
![Page 6: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/6.jpg)
Ultrazvukový snímač hladinyVýhody: nemají pohyblivé součásti bezkontaktní spojité měření možnost měření hladiny i znečištěných kapalin, kašovitých a pastovitých hmot v otevřených i uzavřených nádobách a jímkách nezávisí na elektrické vodivosti a dielektrických vlastnostech materiálu kompaktní provedení snímačů, jednoduché nastavení a údržba přesnost měření v řádu desetin % měřicího rozsahu rozlišovací schopnost je až 1 mmNevýhody: ovlivnění signálu prašné materiály, těžké páry turbulentní povrchy hladiny pěna a okolní znečištění nelze použít pro měření ve vakuu
![Page 7: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/7.jpg)
Radarový snímač hladinyFunkční princip analogie ultrazvukových hladinoměrů využití odrazu mikrovlnných vln od měřené hladinyRADAR - Radio Detecting And RangingPrincipy radarového měření hladiny: metoda časová (pulzní) metoda frekvenční (rozmítaný spojitý signál)Mikrovlnné záření frekvence vyšší než asi 2 GHz (vlnová délka kratší než asi 0,15 m) příklady využití mikrovln v rozsahu 2 až 120 GHz družicová komunikace a vysílání rozhlasu a televize mikrovlnné trouby (2,45 ± 0,05 GHz) lodní a letecké radary měření rychlosti vozidel v silničním provozu měření hladiny v průmyslu
![Page 8: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/8.jpg)
Radarový snímač hladinyRadarové snímače hladin lze rozdělit do dvou skupin:a. Bezkontaktní (pulzní nebo se spojitým frekvenčně modulovaným vf.
signálem).b. Kontaktní (reflexní).Měření hladiny pulzním radarem elektromagnetické vlnění je vysíláno anténou v podobě krátkých
impulzů na rozhraní dvou prostředí (na hladině) se vlna částečně odrazí zpět a částečně prochází do druhého prostředí z časového údaje mezi vyslanou a přijatou vlnou se stanoví vzdálenost
c – rychlost šíření mikrovln [ms-1]t – čas [s]L – vzdálenost [m]
Obr. 3: Radarový snímač hladiny
![Page 9: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/9.jpg)
Radarový snímač hladinyRadar s rozmítaným spojitým signálemMetoda frekvenční – FMCW elektromagnetické vlnění je vysíláno spojitě frekvence vysílaného signálu je modulována (obvykle pilovitě) přijímaný signál je směšován s vysílaným a hodnota mezifrekvenčního kmitočtu je mírou vzdálenosti cíle
Obr. 4: Radar s rozmítaným spojitým signálem
![Page 10: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/10.jpg)
Radarový snímač hladinyMetoda frekvenční – FMCW přijímaný odražený signál je proti vysílanému zpožděn o dobu potřebnou k průchodu vlnění po dráze od vysílací antény k hladině a zpět při příjmu signálu o frekvenci f0 vysílá anténa signál o frekvenci f1
diferenci Δ f = f1 − f0 odpovídá Δ t = t1 − t0 pro vypočet vzdálenosti rozdíl frekvence (řádově v kHz) je možno stanovit velmi přesně
Obr. 5: Frekvenční metoda měření radarem
![Page 11: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/11.jpg)
Radarový snímač hladinyAplikační možnosti radarových snímačů• vhodné pro měření médií s relativní permitivitou ε > 2• materiálem s nízkou permitivitou (izolanty např. oleje) mikrovlnnézáření proniká a odráží se až od rozhraní s vyšší permitivitou(dno nádoby)• parazitní odrazy od stěn či míchadla se odlišují softwarově• vysoká přesnost měření (až ± 1 mm)Výhody: vysoká přesnost, spolehlivost bez pohyblivých mechanických součástí bez kontaktu s měřenou látkou (neinvazivní metoda) možnost využití při náročných provozních podmínkách (vysoká teplota, přetlak i vakuum, mlha, agresivní prostředí)Nevýhody: nevhodné pro měření medií s nízkou permitivitou poměrně vysoká cena
![Page 12: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/12.jpg)
Reflektometrický snímač hladiny zvláštní skupinu mezi mikrovlnnými hladinoměry tvoří zařízení s vedeným mikrovlnným signálem (reflektometrické nebo reflexní radarové hladinoměry) mikrovlny jsou "vedeny" tělesem z pevného materiálu (tyčí, lanem, koaxiál), které je ponořeno do média v rovině hladiny dochází k odrazu mikrovlnného záření intenzita odraženého signálu závisí na permitivitě média vyhodnocuje se časový rozdíl mezi vysláním impulsu a přijetím impulsu
odraženého tento princip se nazýváTDR – Time Domain Reflection
Obr. 6: Reflektometrický snímač hladiny
![Page 13: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/13.jpg)
Reflektometrický snímač hladinyVlastnosti reflektometrických hladinoměrůVýhody impulsy se šíří po vedení, nejsou tlumeny prostředím na přesnost měření nemá vliv prach, páry, pěna, teplota ani tlak je možno měřit kapaliny i práškové a granulované materiály lze použít i pro měření rozhraní dvou kapalin signál není ovlivňován falešnými a vícenásobnými odrazy vysoká spolehlivost a opakovatelnost měření možnost aplikace při teplotách od –50 do +200 °C a tlaku od -0,1 do 10 MPaNevýhoda kontakt antény s měřeným médiem
![Page 14: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/14.jpg)
Snímače hladiny s radioaktivním zářičemprincip:– měření zeslabení svazku ionizujícího záření při jeho průchodu monitorovaným hmotným prostoremradioaktivní zářiče:– zdroje gama záření (proniká materiálem, nevyvolává jeho radioaktivitu)– izotopy s delším poločasem rozpadu, např. Co60, Cs137, aby nebylo nutno často kalibrovatdetektory– Geiger-Müllerův detektor, scintilační detektory s fotonásobičem
Obr. 7: Snímače hladiny s radioaktivním zářičem
![Page 15: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/15.jpg)
Snímače hladiny s radioaktivním zářičemPoužití radioizotopových hladinoměrů měření hladiny kapalin i sypkých látek, viskózní média v náročných provozních podmínkách, u nichž jiné metody nevyhovují: vysoké teploty, velmi vysoké tlaky nebo vakuum vysoká agresivita či toxicita pracovního média vysoká prašnost, vibrace nádobyVýhody: bezkontaktní měření (montáž vně nádrže) nezávislost na teplotě nezávislost na tlaku a jeho změnách nezávislost na změnách chemického složení média minimální poruchovost i ve ztížených podmínkáchNevýhody: nutnost ochrany před radioaktivním zářením povinnost zajištění kontroly ve smyslu zákona 18/97 Sb.
![Page 16: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/16.jpg)
Snímače hladiny
Výběr vhodného typu snímače hladiny• fyzikální a chemické vlastnosti měřeného média• charakter okolního prostředí a podmínky měření• požadavek na spojité či nespojité snímání stavu hladiny• účel měření– signalizace mezních stavů– regulace úrovně hladiny– zjišťování množství náplně (bilanční účely)• měřicí rozsah• požadovaná přesnost• cena zařízení
![Page 17: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/17.jpg)
Kontrolní otázky:1. Ultrazvukový snímač hladiny?
a) Skládají se z vysílače ultrazvuku, přijímacího měniče vysokofrekvenčních paprsků a vyhodnocovací elektroniky.
b) Založeny na využití principu Ohmova zákona.c) Prvkem na měření je membrána kruhového tvaru uložená mezi příruby komory .
2. Měření hladiny pulzním radarem ?d) Měřicím principem je využití tlakové závislosti odporu. e) Měřená veličina je výstupní vysoká frekvence. f) Elektromagnetické vlnění je vysíláno anténou v podobě krátkých impulzů
3. Radioaktivní zářiče ?
a) Zdroje gama záření (proniká materiálem, nevyvolává jeho radioaktivitu)
b) K měření přetlaků i podtlaků
c) K měření teploty kapaliny
![Page 18: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/18.jpg)
Kontrolní otázky – řešení 1. Ultrazvukový snímač hladiny?
a) Skládají se z vysílače ultrazvuku, přijímacího měniče vysokofrekvenčních paprsků a vyhodnocovací elektroniky.
b) Založeny na využití principu Ohmova zákona.c) Prvkem na měření je membrána kruhového tvaru uložená mezi příruby komory .
2. Měření hladiny pulzním radarem ?d) Měřicím principem je využití tlakové závislosti odporu. e) Měřená veličina je výstupní vysoká frekvence. f) Elektromagnetické vlnění je vysíláno anténou v podobě krátkých impulzů
3. Radioaktivní zářiče ?
a) Zdroje gama záření (proniká materiálem, nevyvolává jeho radioaktivitu)
b) K měření přetlaků i podtlaků
c) K měření teploty kapaliny
![Page 19: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/19.jpg)
Seznam obrázků:
Obr. 1: Princip ultrazvukového snímače [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/5-FPBT09-Hladina.pdfObr. 2: Cesta ultrazvukového signálu [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/5-FPBT09-Hladina.pdfObr. 3: Radarový snímač hladiny [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/5-FPBT09-Hladina.pdfObr. 4: Radar s rozmítaným spojitým signálem [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/5-FPBT09-Hladina.pdfObr. 5: Frekvenční metoda měření radarem [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/5-FPBT09-Hladina.pdfObr. 6: Reflektometrický snímač hladiny [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/5-FPBT09-Hladina.pdfObr. 7:Snímače hladiny s radioaktivním zářičem [online]. [vid. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/predn/txt-Mgr/5-FPBT09-Hladina.pdf
![Page 20: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/20.jpg)
Seznam použité literatury:
[1] Automatizace [online]. [cit. 6.7.2013]. Dostupné z: http://web.spscv.cz/~madaj/skra4.pdf
[2] CHLEBNÝ, J. a kol. Automatizace a automatizační technika, Computer Press a.s., 2009 ISBN: 978-80-251-2523-6
[3] NĚMEC, Z., Prostředky automatického řízení (Elektrické), Skripta VUT Brno 2002
[4] JENČÍK, J., VOLF,J., a kol., Technická měření, Skripta ČVUT 2003
[5] GARZINOVÁ, R., Prvky řídících systémů, Skripta VŠB-TU Ostrava 2012
[6] Měření výšky hladiny [online]. [cit. 29.8.2013]. Dostupný na WWW: http://uprt.vscht.cz/kminekm/mrt/F4/F4k44-hlad.htm
![Page 21: Snímače V](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022012905/56814de5550346895dbb5332/html5/thumbnails/21.jpg)
Děkuji za pozornost